海底菌類的《阿凡達(dá)》式生活——中新網(wǎng)

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    海底菌類的《阿凡達(dá)》式生活
2010年03月26日 15:54 來源:外灘畫報(bào) 發(fā)表評(píng)論  【字體:↑大 ↓小
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  海底菌類的《阿凡達(dá)》式生活

  一開始,丹麥生物學(xué)家尼爾森只想弄清,生活在海底沉積物表層和底層的細(xì)菌,如何同時(shí)獲得氧氣和養(yǎng)分,存活下來,結(jié)果他發(fā)現(xiàn),它們之間可能存在著一張微觀的電網(wǎng),互通消息,傳輸能量,就像在電影《阿凡達(dá)》中納威人交流時(shí)那樣。

  在電影《阿凡達(dá)》里,納威人的溝通方式十分令人神往。他們向外界傳遞信息,根本用不著什么互聯(lián)網(wǎng),只消將自己發(fā)梢上的觸須纏上對(duì)方“接口”,彼此的心靈就能瞬間打通。這種“感應(yīng)”甚至還能發(fā)生在“人”和動(dòng)物、植物之間,千里之外皆可傳情達(dá)意。

  按照人類的理解,遙遠(yuǎn)的潘多拉星上應(yīng)該也存在一種“互聯(lián)網(wǎng)”,但是跟我們今天熟知的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比,潘多拉星上的互聯(lián)網(wǎng)更像一種“自然屬性”,“聯(lián)網(wǎng)”起來也更加直接、便捷,而且還能脫離通信硬件進(jìn)行。

  這樣的溝通方式,在地球上可能實(shí)現(xiàn)么?拉斯·彼得·尼爾森是丹麥奧斯胡大學(xué)的一位生態(tài)學(xué)家,他沒看過《阿凡達(dá)》,現(xiàn)實(shí)生活里也更鐘情于海底菌類這樣的生物。上個(gè)月他在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文,描述海底菌類如何交換氧氣和養(yǎng)分。根據(jù)尼爾森的最新發(fā)現(xiàn),海底菌類之間可能存在一張圍觀的電網(wǎng),它們通過這張電網(wǎng)交換信息、傳輸能量。

  論文發(fā)表后,很快他收到同事的短信,短信上說:“尼爾森,你發(fā)現(xiàn)了《阿凡達(dá)》的奧秘!”

  小細(xì)菌的大能耐

  發(fā)現(xiàn)燒瓶中的“潘多拉星”,起因源于微生物研究的一個(gè)常規(guī)問題。在生物學(xué)家看來,生活在海底沉積物中的菌類一直面臨氧與養(yǎng)分不可兼得的問題:沉積物頂部的菌類近水樓臺(tái)先得“氧”,但對(duì)遠(yuǎn)在一公分之下的礦物養(yǎng)分鞭長(zhǎng)莫及;而隱居沉積物底部的細(xì)菌雖然坐守礦藏,卻整天吸不上一口氧氣。那么,兩者都是如何生存下來的呢?

  一開始,尼爾森猜測(cè),沉積物表面和底部的細(xì)菌會(huì)互通有無,交換氧氣和養(yǎng)分。為了一探究竟,他和同事來到大學(xué)附近的奧斯胡灣,從海底20 米處挖出若干泥土,帶回實(shí)驗(yàn)室觀察。

  隨泥土一同帶回實(shí)驗(yàn)室的還有硫細(xì)菌,它們必須靠硫化物獲取能量。研究人員先將泥土和菌類放進(jìn)燒瓶,倒上海水,然后從水中抽出氧氣。實(shí)驗(yàn)邏輯如下:如果細(xì)菌間真的存在上下層的礦氧互換,那么改變沉積物上層的氧氣濃度一定會(huì)使下層細(xì)菌有所察覺,它們的反應(yīng)也應(yīng)當(dāng)會(huì)引發(fā)沉積物中的化學(xué)變化。結(jié)果證明,下層細(xì)菌的確對(duì)供氧變化有所行動(dòng),但其速度之快,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎尼爾森等人的預(yù)料:他們先在海水中抽走氧氣,接著恢復(fù)供氧,結(jié)果上層的供氧剛剛恢復(fù),下層的細(xì)菌就立刻開始分解周圍的硫化氫,水中的PH 值也隨即迅速變化。

  燒瓶中的沉積物雖然僅厚12 毫米,卻達(dá)到細(xì)菌體長(zhǎng)的1 萬倍,如果將實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)大到人類的尺度,就相當(dāng)于某處的油田剛剛掘出石油,20 公里之外的煉油廠就開機(jī)煉制;原因顯然是兩者間通過了電話、電報(bào)或電郵。尼爾森及其同事自然也想到了這點(diǎn)。他們分析:由于沉積物厚度太大,即使一端發(fā)生劇變,滲透作用也不可能在瞬間到達(dá)彼端;唯一合理的假設(shè),就是上下層的細(xì)菌間通過發(fā)送電子來互通消息。具體怎么做到這點(diǎn)尚不清楚,但根據(jù)尼爾森的猜測(cè),細(xì)菌個(gè)體之間應(yīng)該存在一張微觀電網(wǎng),而沉積物中的金屬顆粒(如鐵或錳)就可能起到了導(dǎo)線的作用。

  研究人員甚至猜想:這張網(wǎng)絡(luò)不單能傳遞信息,還可提供能量。原本的設(shè)想是上層細(xì)菌將海水中獲得的氧輸送到下層,后者再將其轉(zhuǎn)化成能量。但有鑒于沉積物的厚度,這一點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)。他們現(xiàn)在認(rèn)為,下層細(xì)菌可能直接從電網(wǎng)中吸收電能,并將下層的養(yǎng)分以化學(xué)遷移的形式輸送到上層。

  “它和我們的知識(shí)背道而馳”

  在尼爾森看來,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)“神了”, “它和我們迄今為止的所有知識(shí)背道而馳!彼J(rèn)為,對(duì)于這些細(xì)菌的生活方式,未來都得換一種方式思考。

  地球化學(xué)家們?cè)缇椭牢⑸飼?huì)在海床中制造微弱電流;近年發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌中,有的外層覆蓋著能夠輸送電子的酶,還有的全身插滿微米級(jí)別的導(dǎo)電細(xì)絲,研究人員也常利用細(xì)菌的這個(gè)本領(lǐng)用來制造微生物燃料電池。但在尼爾森看來,前人的興趣主要集中在發(fā)出的電上,至于發(fā)電的具體機(jī)制是什么、菌類為什么會(huì)有發(fā)電的能力,這些問題卻被拋諸腦后。他也坦言,這張電網(wǎng)的具體運(yùn)作方式仍舊疑點(diǎn)重重!皩(dǎo)線是用什么做的?它們是怎么和細(xì)胞連接,又是如何相互連接的?還有,它們究竟是怎么形成的?”

  尼爾森將結(jié)論和疑問都在《自然》雜志上刊登后,他的同行也紛紛表現(xiàn)出興趣。

  美國(guó)南加州大學(xué)的地球生物學(xué)家肯尼斯·尼爾遜認(rèn)為,這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)“只能在化學(xué)之外另求解釋”;而“找到輸送電子的機(jī)制”將是下一步的研究熱點(diǎn)。

  加州克文研究院的生物地球化學(xué)家尤里·戈畢也覺得實(shí)驗(yàn)結(jié)果激動(dòng)人心,但對(duì)于尼爾森的說法他并未照單全收。在他看來,雖然從燒瓶實(shí)驗(yàn)中“很容易聯(lián)想到電力共生”,但“要謹(jǐn)防科學(xué)上未經(jīng)證實(shí)的結(jié)論!备戤呍2004 年就和同行在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了微生物納米導(dǎo)線的存在,但這種導(dǎo)線只能將電子輸送到30 納米(一納米等于一米的十億分之一)開外,況且在自然沉積物中也從未發(fā)現(xiàn)過。尼爾森也承認(rèn),在自然界中開展這類工作無異大海撈針。

  而關(guān)于人們對(duì)尼爾森實(shí)驗(yàn)和《阿凡達(dá)》的對(duì)比,尼爾森自己也承認(rèn),兩者的相似度的確“挺驚人的”,但接著就說:“我不認(rèn)為我們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)網(wǎng)絡(luò)里有什么精神活動(dòng),可能只是傳輸能量用的;但這些連接的確存在!

  在實(shí)際運(yùn)用方面,尼爾森認(rèn)為,它“對(duì)許多環(huán)境中的能量傳輸和電子流動(dòng)都有啟發(fā)”,還說它們或許可以在利用細(xì)菌進(jìn)行的生物修復(fù)、碳截存和能量制造中派上用場(chǎng)。

  文/紅豬

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直隸巴人的原貼:
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